機械設計制造及自動化畢業(yè)論文-生產(chǎn)線轉位裝置設計

畢業(yè)設計論文課題名稱生產(chǎn)線轉位裝置設計學院機械學院專業(yè)班級學號姓名指導教師定稿日期：年月日開題報告1選題背景及其意義生產(chǎn)線就是產(chǎn)品生產(chǎn)過程所經(jīng)過的路線，即從原料進入生產(chǎn)現(xiàn)場開始，經(jīng)過加工、運送、裝配、檢驗等一系列生產(chǎn)生產(chǎn)線活動所構成的路線。生產(chǎn)線是按對象原則組織起來的，完成產(chǎn)品工藝過程的一種生產(chǎn)組織形式，即按產(chǎn)品專業(yè)化原則，配備生產(chǎn)某種產(chǎn)品（零、部件）所需要的各種設備和各工種的工人，負責完成某種產(chǎn)品（零、部件）的全部制造工作，對相同的勞動對象進行不同工藝的加工。生產(chǎn)線的種類，按范圍大小分為產(chǎn)品生產(chǎn)線和零部件生產(chǎn)線，按節(jié)奏快慢分為流水生產(chǎn)線和非流水生產(chǎn)線，按自動化程度，分為自動化生產(chǎn)線和非自動化生產(chǎn)線。生產(chǎn)線的主要產(chǎn)品或多數(shù)產(chǎn)品的工藝路線和工序勞動量比例，決定了一條生產(chǎn)線上擁有為完成某幾種產(chǎn)品的加工任務所必需的機器設備，機器設備的排列和工作地的布置等。生產(chǎn)線具有較大的靈活性，能適應多品種生產(chǎn)的需要；在不能采用流水生產(chǎn)的條件下，組織生產(chǎn)線是一種比較先進的生產(chǎn)組織形式；在產(chǎn)品品種規(guī)格較為復雜，零部件數(shù)目較多，每種產(chǎn)品產(chǎn)量不多，機器設備不足的企業(yè)里，采用生產(chǎn)線能取得良好的經(jīng)濟效益。轉位裝置主要由執(zhí)行機構、驅動機構和控制系統(tǒng)三大部分組成。根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使裝置完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為轉位裝置的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設計的關鍵參數(shù)。自由度越多，轉位裝置的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用轉位裝置有2～3個自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對轉位裝置每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機或dsp等微控制芯片構成，通過對其編程實現(xiàn)所要功能。2文獻綜述（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢）本機構是一種具有簡單動作功能的機械手。隨著網(wǎng)絡技巧的發(fā)展，機械手的聯(lián)網(wǎng)操作問題也是以后發(fā)展的方向。工業(yè)機器人是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設備。工業(yè)機械手的是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。機械手是在機械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術鄰域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新興的技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結合。機械手雖然還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用。我國塑料機械已成為機械制造業(yè)發(fā)展最快的行業(yè)之一，年需求量在不斷的加大。我國塑料機械產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展主要有以下兩個大因素：一是對高技術含量裝備的需求所帶來的設備更新及陳舊設備的淘汰;二是海內(nèi)塑料加工產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，對塑料機械的需求旺盛。3研究內(nèi)容本課題的研究生產(chǎn)線轉位裝置的結構、工作原理，在現(xiàn)有工業(yè)運用裝置的基礎上，設計一款具有轉位功能的運用于某生產(chǎn)線的裝置。.具體研究內(nèi)容如下：1）研究現(xiàn)有設備的結構、生產(chǎn)工藝，提出設計方案；本課題通過參考現(xiàn)有工廠流水線機械手結構，工作原理里；2）動力及傳動系統(tǒng)確定；3）驅動方式的選?。?）重要零部件的設計和選取；5）完成生產(chǎn)線轉位裝置的設計和二維裝配圖與零件圖的繪制；6）整理相關資料，編寫說明書。4研究方案本課題在熟悉了解現(xiàn)有工廠機械手的基礎上，參考和創(chuàng)新性的設計出生產(chǎn)線轉位裝置。目前市面，工廠中很多上產(chǎn)線都有機械手，這是工業(yè)先進水平的象征。機械手，顧名思義，其具有類似于人手的某些功能，在工業(yè)領域，主要體現(xiàn)在傳動和轉動等方面。本課題與之十分相似，可以說本課題涉及的生產(chǎn)線轉位裝置就是一款簡單的機械手，所有，可以在現(xiàn)有各種機械手結構，功能方面進行研究。來幫助完成本次設計。4.1動力及驅動系統(tǒng)確定機械手所用的驅動機構主要有4種：液壓驅動、氣壓驅動、電氣驅動和機械驅動。其中以液壓驅動、氣壓驅動用得最多。1、液壓驅動式液壓驅動式機械手通常由液動機（各種油缸、油馬達）、伺服閥、油泵、油箱等組成驅動系統(tǒng)，由驅動機械手執(zhí)行機構進行工作。通常它的具有很大的抓舉能力（高達幾百千克以上），其特點是結構緊湊、動作平穩(wěn)、耐沖擊、耐震動、防爆性好，但液壓元件要求有較高的制造精度和密封性能，否則漏油將污染環(huán)境。2、氣壓驅動式其驅動系統(tǒng)通常由氣缸、氣閥、氣罐和空壓機組成，其特點是氣源方便、動作迅速、結構簡單、造價較低、維修方便。但難以進行速度控制，氣壓不可太高，故抓舉能力較低。3、電氣驅動式電力驅動是機械手使用得最多的一種驅動方式。其特點是電源方便，響應快，驅動力較大（關節(jié)型的持重已達400kg），信號檢測、傳動、處理方便，并可采用多種靈活的控制方案。驅動電機一般采用步進電機，直流伺服電機（AC）為主要的驅動方式。由于電機速度高，通常須采用減速機構（如諧波傳動、RV擺線針輪傳動、齒輪傳動、螺旋傳動和多桿機構等）。有些機械手已開始采用無減速機構的大轉矩、低轉速電機進行直接驅動（DD）這既可使機構簡化，又可提高控制精度。4、機械驅動式機械驅動只用于動作固定的場合。一般用凸輪連桿機構來實現(xiàn)規(guī)定的動作。其特點是動作確實可靠，工作速度高，成本低，但不易于調(diào)整。其他還有采用混合驅動，即液-氣或電-液混合驅動。4.2旋轉結構的確定本設計中要求，轉位裝置具有兩個方向的旋轉功能，并且對旋轉行程有要求。在結構中主要考慮如下因素：1，水平旋轉的方案選擇與設計2，翻轉的方案設計3，兩者的有機結合4，旋轉角度限位裝置的設計5，零部件工作強度的校核本設計旋轉限位裝置初步確認如下方案：改方案中，分別包括驅動部分，旋轉部分，限位部分。5進度計劃2015年2月~2015年3月：收集資料，確定設計系統(tǒng)總體方案，撰寫開題報告及開題報告答辯。

2015年3月~2014年4月：設計計算、圖紙繪制、畢業(yè)設計論文初稿。

2015年4月~2014年5月：論文修改，圖紙修改。

2015年5月~2014年6月：準備畢業(yè)答辯。

設計目錄1生產(chǎn)線轉位裝置設計的意義2生產(chǎn)線轉位裝置設計的概況3生產(chǎn)線轉位裝置設計的種類介紹3.1按功能分3.2按驅動系統(tǒng)4生產(chǎn)線轉位裝置設計的設計要點介紹5生產(chǎn)線轉位裝置設計的設計計算5.1傳動方式選擇分析5.2軸承的選擇5.3電機的選擇計算5.4傳動部件的設計計算6總結7參考文獻參考文獻1）《工業(yè)機械手設計》作者:李允文主編出版社:北京市：機械工業(yè)出版社出版日期:19962）《工業(yè)機器人的操作機設計》作者:馬香峰，余達太，許紀倩，劉鴻飛頁數(shù):215出版社:北京市：冶金工業(yè)出版社出版日期:1999.103）《工業(yè)機器人的操作機設計》作者:馬香峰，余達太，許紀倩，劉鴻飛頁數(shù):215出版社:北京市：冶金工業(yè)出版社出版日期:1999.104）《工業(yè)機器人的操作機設計》作者:馬香峰等著頁數(shù):211出版社:北京市：冶金工業(yè)出版社出版日期:19965）《工業(yè)機械手》作者:重慶市科技局，第一機械工業(yè)部第三設計院編輯頁數(shù):391出版社:重慶市科技局第一機械工業(yè)部第三設計院出版日期:19776）《工業(yè)機械手課程設計》作者:李允文等編畢業(yè)設計任務書課題來源來源于企業(yè)課題的目的、意義在自動生產(chǎn)線中，為了提高生產(chǎn)效率、降底勞動強度、使得工件的裝卸、夾緊定位、工件在工序間的輸送等均能自動地進行，需要設計專門的生產(chǎn)線轉位裝置。轉位裝置可以用于工件的轉位也可以用于隨行夾具的轉位。該課題的主要工作是設計生產(chǎn)線轉位裝置機械結構和驅動機構，同時也需要對整個驅動系統(tǒng)選型及有關參數(shù)作計算。該課題涉及到機械原理、機械設計、機械制圖、液壓與氣動伺服技術、機床電器控制技術等各方面的知識，是對學生前期所學知識的全面考察，可以培養(yǎng)學生綜合運用所學知識解決具體工程項目的能力。通過本次畢業(yè)設計，培養(yǎng)學生調(diào)查研究、檢索中外文獻資料的能力；綜合運用專業(yè)理論、知識分析解決實際問題的能力；設計方案的制定、論證與比較的能力；計算機運用能力與繪圖能力；文字（含外文）及語言表達能力等。要求課題的主要技術要求：1．承載能力：最大800Kg；2．水平回轉：90度；3．垂直翻轉：90度；4．上下位置變化：500mm；5．水平位置變化：500mm；位置準確、過程平穩(wěn)無振蕩、結構簡單。課題工作量要求：完成包括總裝配圖、部件圖、主要零件圖在內(nèi)的圖紙不少于2張A0,主要零件圖總圖幅不少于一張A1；設計計算說明書不少于1.5萬字；課題主要內(nèi)容及進度課題主要內(nèi)容：收集、研讀目前已有的轉位裝置方面的技術資料，特別是結構設計方面的技術資料；根據(jù)技術要求擬定設計方案，包括整體結構，機械傳動方案；設計詳細結構，畫出總裝配圖、部件圖并完成相應的設計計算；挑選部分典型零件設計零件工作圖；撰寫設計計算說明書。工作進度：2014.11收集、研究資料；2014.12開題，擬訂總體設計方案；2015.1-2修改、完善開題報告；2015.3.1-2015.3.31系統(tǒng)有關設計計算，系統(tǒng)設備的選型；2015.4.1-2015.4.20繪制總裝配圖2015.4.21-2015.5.5繪制主要零件的零件施工圖2015.5.6-2015.5.20撰寫設計計算說明書2015.5.21-2015.5.25修改及準備答辯摘要生產(chǎn)線就是產(chǎn)品生產(chǎn)過程所經(jīng)過的路線，即從原料進入生產(chǎn)現(xiàn)場開始，經(jīng)過加工、運送、裝配、檢驗等一系列生產(chǎn)生產(chǎn)線活動所構成的路線。生產(chǎn)線是按對象原則組織起來的，完成產(chǎn)品工藝過程的一種生產(chǎn)組織形式，即按產(chǎn)品專業(yè)化原則，配備生產(chǎn)某種產(chǎn)品（零、部件）所需要的各種設備和各工種的工人，負責完成某種產(chǎn)品（零、部件）的全部制造工作，對相同的勞動對象進行不同工藝的加工。。生產(chǎn)線的種類，按范圍大小分為產(chǎn)品生產(chǎn)線和零部件生產(chǎn)線，按節(jié)奏快慢分為流水生產(chǎn)線和非流水生產(chǎn)線，按自動化程度，分為自動化生產(chǎn)線和非自動化生產(chǎn)線。生產(chǎn)線的主要產(chǎn)品或多數(shù)產(chǎn)品的工藝路線和工序勞動量比例，決定了一條生產(chǎn)線上擁有為完成某幾種產(chǎn)品的加工任務所必需的機器設備，機器設備的排列和工作地的布置等。生產(chǎn)線具有較大的靈活性，能適應多品種生產(chǎn)的需要；在不能采用流水生產(chǎn)的條件下，組織生產(chǎn)線是一種比較先進的生產(chǎn)組織形式；在產(chǎn)品品種規(guī)格較為復雜，零部件數(shù)目較多，每種產(chǎn)品產(chǎn)量不多，機器設備不足的企業(yè)里，采用生產(chǎn)線能取得良好的經(jīng)濟效益。AbstractThroughtheproductionlineistheproductoftheproductionprocessroute,fromrawmaterialsintotheproductionsitebegan,afterprocessing,transportation,assembly,testingandothercomponentsofaseriesofactivitiesofthelineproductionline.Istheproductionlineaccordingtotheprincipleofobjectsorganized,completeakindoforganizationalformofproductionofproductprocess,namelythebyproductspecializationprinciple,withtheproductionofaproduct(zero,parts)needofvariousequipmentandvarioustypesofworkers,responsibleforthecompletionofacertainproduct(zero,parts)allthemanufacturingwork,processingdifferentprocessforthesamelaborobject..Typesofproductionlines,accordingtothesizerangeisdividedintoproductionlineandpartsproductionline,accordingtotherhythmisdividedintoflowlineproductionandnonproductionline,accordingtothedegreeofautomation,dividedintoautomatedproductionlinesandnonautomaticproductionline.Theproportionofproductionlineismainlytheproductorthemajorityofproductsoftheprocessrouteandprocesstheamountoflabor,determinesaproductionlinewithnecessarytocompletethetaskofprocessingcertainproductsmachineryandequipment,machineryandequipmentarrangementandworkarrangementetc..Theproductionlinehasgreatflexibility,canadapttotheneedsoftheproductionofmanyvarieties;cannotbeemployedintheproductionconditions,organizationofproductionlineisanadvancedproductionorganizationform;inproductvarietyspecificationismorecomplex,thenumberofpartsismore,theproductyieldofeachkindofnotmuch,lackofmachineryandequipmentcompanies,usingtheproductionlinecanachievegoodeconomicbenefit.目錄摘要 1目錄 3第一章緒論 41.1生產(chǎn)線轉位裝置設計的意義 51.2生產(chǎn)線轉位裝置設計的概況 61.3生產(chǎn)線轉位裝置部件設計 91.3.1懸臂的作用 91.3.2懸臂的結構設計 101.3.3懸臂力學分析 101.4生產(chǎn)線轉位裝置設計的種類介紹 111.4.1按功能分 111.4.2按驅動系統(tǒng) 121.5研究的內(nèi)容 12第二章生產(chǎn)線轉位裝置設計的設計要點介紹 122.1明確技術要求 122.2執(zhí)行元件的配置確定及動作順序 122.3確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù) 132.3.1計算和確定液壓缸的主要結構尺寸 132.3.2計算液壓缸所需流量 142.4液壓系統(tǒng)圖的擬定 142.4.1制定液壓回路方案 142.4.2原理草圖的繪制 152.5元件的選型與設計 162.5.1液壓缸的選擇 162.5.2液壓控制閥的選擇 172.5.3液壓輔助元件及工作介質的選擇 182.6軸承的選用和計算 192.7電機的選擇計算 192.8傳動部件的設計計算 192.9軸的設計計算 19第三章設計中的不足及要注意的問題 203.1設計中的不足之處 203.2使用液壓系統(tǒng)要注意的問題 20參考文獻 21設計總結第一章緒論一,生產(chǎn)線轉位裝置設計的意義1.1生產(chǎn)線轉位裝置設計的意義生產(chǎn)線就是產(chǎn)品生產(chǎn)過程所經(jīng)過的路線，即從原料進入生產(chǎn)現(xiàn)場開始，經(jīng)過加工、運送、裝配、檢驗等一系列生產(chǎn)生產(chǎn)線活動所構成的路線。生產(chǎn)線是按對象原則組織起來的，完成產(chǎn)品工藝過程的一種生產(chǎn)組織形式，即按產(chǎn)品專業(yè)化原則，配備生產(chǎn)某種產(chǎn)品（零、部件）所需要的各種設備和各工種的工人，負責完成某種產(chǎn)品（零、部件）的全部制造工作，對相同的勞動對象進行不同工藝的加工。生產(chǎn)線的種類，按范圍大小分為產(chǎn)品生產(chǎn)線和零部件生產(chǎn)線，按節(jié)奏快慢分為流水生產(chǎn)線和非流水生產(chǎn)線，按自動化程度，分為自動化生產(chǎn)線和非自動化生產(chǎn)線。生產(chǎn)線的主要產(chǎn)品或多數(shù)產(chǎn)品的工藝路線和工序勞動量比例，決定了一條生產(chǎn)線上擁有為完成某幾種產(chǎn)品的加工任務所必需的機器設備，機器設備的排列和工作地的布置等。生產(chǎn)線具有較大的靈活性，能適應多品種生產(chǎn)的需要；在不能采用流水生產(chǎn)的條件下，組織生產(chǎn)線是一種比較先進的生產(chǎn)組織形式；在產(chǎn)品品種規(guī)格較為復雜，零部件數(shù)目較多，每種產(chǎn)品產(chǎn)量不多，機器設備不足的企業(yè)里，采用生產(chǎn)線能取得良好的經(jīng)濟效益。轉位裝置主要由執(zhí)行機構、驅動機構和控制系統(tǒng)三大部分組成。根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使裝置完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為轉位裝置的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設計的關鍵參數(shù)。自由度越多，轉位裝置的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用轉位裝置有2～3個自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對轉位裝置每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機或dsp等微控制芯片構成，通過對其編程實現(xiàn)所要功能。1.2,生產(chǎn)線轉位裝置設計的概況本機構是一種具有簡單動作功能的機械手。隨著網(wǎng)絡技巧的發(fā)展，機械手的聯(lián)網(wǎng)操作問題也是以后發(fā)展的方向。工業(yè)機器人是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設備。工業(yè)機械手的是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。機械手是在機械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術鄰域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新興的技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結合。機械手雖然還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用。我國塑料機械已成為機械制造業(yè)發(fā)展最快的行業(yè)之一，年需求量在不斷的加大。我國塑料機械產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展主要有以下兩個大因素：一是對高技術含量裝備的需求所帶來的設備更新及陳舊設備的淘汰;二是海內(nèi)塑料加工產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，對塑料機械的需求旺盛。工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設備。工業(yè)機械手的是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。機械手是在機械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術鄰域內(nèi)，迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結合。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用1.3生產(chǎn)線轉位裝置部件設計 自動換刀裝置是數(shù)控加工中心在工件的一次裝夾中實現(xiàn)多道工序加工不可缺少的裝置,主要由刀庫、機械手和驅動裝置幾部分組成。機械手和驅動裝置是兩個關鍵部分,根據(jù)驅動裝置的不同,自動換刀裝置可分為凸輪式、液壓式、齒輪式、連桿式及各種機構復合式,其中以凸輪式用得較多。發(fā)達國家數(shù)控加工中心的立式自動換刀機械手主要采用凸輪式,我國加工中心技術起步較晚,對自動換刀機械手研究較少。進入20世紀90年代后,北京機床研究所、大連組合機床研究所、濟南第一機床廠、青海機床廠以及陜西省的秦川機床廠都對立式自動換刀機械手進行了研究和開發(fā)。迄今為止,我國制造的加工中心配置的自動換刀機械手大多數(shù)是進口的。其主要原因:一是國內(nèi)生產(chǎn)的換刀機械手質量較差,成本也不低;二是進口換刀機械手價格雖然較高,但在整個加工中心中所占份額不大。作為加工中心的配套技術,自動換刀機械手的研究和開發(fā)將直接影響到我國自動化生產(chǎn)水平的提高,從經(jīng)濟上、技術上考慮都是十分必要的。1.3.1懸臂的作用 立式換刀機械手和臥式換刀機械手已得到廣泛應用20世紀90年代以來,數(shù)控加工技術得到迅速的普及和發(fā)展,數(shù)控機床在制造業(yè)得到了越來越廣泛的應用。帶有自動換刀系統(tǒng)的數(shù)控加工中心在現(xiàn)代先進制造業(yè)中起著愈來愈重要的作用,它能縮短產(chǎn)品的制造周期,提高產(chǎn)品的加工精度,適合柔性加工。加工中心是數(shù)控機床中較為復雜的加工設備,由于其具有多種加工能力而得到廣泛的應用,其強大的加工能力和效率得益于其配置的自動換刀裝置(Au2tomaticToolChanger)。1.3.2懸臂的結構設計 換刀裝置作為加工中心的重要組成部分,其主要作用在于減少加工過程中的非切削時間,提高生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本,進而提升機床乃至整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)力。加工中心自動換刀裝置是實現(xiàn)多工序連續(xù)加工的重要裝置,其結構設計及其控制是實現(xiàn)加工中心設計制造的關鍵。加工中心的換刀過程較為復雜,動作多,動作間的相互協(xié)調(diào)關系多,因而自動換刀系統(tǒng)性能的好壞直接影響加工效率的高低1.3.3懸臂力學分析軍事領域：主要讓機器人執(zhí)行一些自動的偵察與控制任務，尤其是一些相對較為危險的任務，比如，無人偵察機、拆除炸彈的機器人及掃雷機器人等。機器人還可以代替士兵去完成那些不太復雜的工程及后勤任務，從而使戰(zhàn)士從繁重的工作中解脫出來，去從事更加重要的工作。娛樂領域：機器人在娛樂領域的應用十分廣泛，比如，機器人足球大賽、機器人彈鋼琴和機器人寵物等。醫(yī)療領域：機器人主要用來輔助護士進行一些日常的工作，比如，幫助醫(yī)生運送用藥品及自動監(jiān)測病房內(nèi)的空氣質量，等等。醫(yī)用機器人還可以協(xié)助醫(yī)生完成一些難度較高的手術，例如，眼部手術、腦部手術等。美國還發(fā)明了一種可以進入人體血管的微型機器人，幫助醫(yī)生在病人的血管內(nèi)滅殺病毒。1.4，生產(chǎn)線轉位裝置設計的種類介紹1.4.1按功能分工業(yè)制造領域：主要讓機器人在機械制造業(yè)中代替人完成大批量、高質量要求的工作，如汽車制造、艦船制造及某些家電產(chǎn)品（電視機、電冰箱、洗衣機）的制造等?；さ刃袠I(yè)自動化生產(chǎn)線中的點焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配及物流系統(tǒng)的搬運、包裝等工作，也有部分是由機器人完成的。軍事領域：主要讓機器人執(zhí)行一些自動的偵察與控制任務，尤其是一些相對較為危險的任務，比如，無人偵察機、拆除炸彈的機器人及掃雷機器人等。機器人還可以代替士兵去完成那些不太復雜的工程及后勤任務，從而使戰(zhàn)士從繁重的工作中解脫出來，去從事更加重要的工作。娛樂領域：機器人在娛樂領域的應用十分廣泛，比如，機器人足球大賽、機器人彈鋼琴和機器人寵物等。醫(yī)療領域：機器人主要用來輔助護士進行一些日常的工作，比如，幫助醫(yī)生運送用藥品及自動監(jiān)測病房內(nèi)的空氣質量，等等。醫(yī)用機器人還可以協(xié)助醫(yī)生完成一些難度較高的手術，例如，眼部手術、腦部手術等。美國還發(fā)明了一種可以進入人體血管的微型機器人，幫助醫(yī)生在病人的血管內(nèi)滅殺病毒。1.4.2按驅動系統(tǒng)按驅動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手機械手所用的驅動機構主要有4種：液壓驅動、氣壓驅動、電氣驅動和機械驅動。其中以液壓驅動、氣壓驅動用得最多。1、液壓驅動式液壓驅動式機械手通常由液動機（各種油缸、油馬達）、伺服閥、油泵、油箱等組成驅動系統(tǒng)，由驅動機械手執(zhí)行機構進行工作。通常它的具有很大的抓舉能力（高達幾百千克以上），其特點是結構緊湊、動作平穩(wěn)、耐沖擊、耐震動、防爆性好，但液壓元件要求有較高的制造精度和密封性能，否則漏油將污染環(huán)境。2、氣壓驅動式其驅動系統(tǒng)通常由氣缸、氣閥、氣罐和空壓機組成，其特點是氣源方便、動作迅速、結構簡單、造價較低、維修方便。但難以進行速度控制，氣壓不可太高，故抓舉能力較低。3、電氣驅動式電力驅動是機械手使用得最多的一種驅動方式。其特點是電源方便，響應快，驅動力較大（關節(jié)型的持重已達400kg），信號檢測、傳動、處理方便，并可采用多種靈活的控制方案。驅動電機一般采用步進電機，直流伺服電機（AC）為主要的驅動方式。由于電機速度高，通常須采用減速機構（如諧波傳動、RV擺線針輪傳動、齒輪傳動、螺旋傳動和多桿機構等）。有些機械手已開始采用無減速機構的大轉矩、低轉速電機進行直接驅動（DD）這既可使機構簡化，又可提高控制精度。4、機械驅動式機械驅動只用于動作固定的場合。一般用凸輪連桿機構來實現(xiàn)規(guī)定的動作。其特點是動作確實可靠，工作速度高，成本低，但不易于調(diào)整。其他還有采用混合驅動，即液-氣或電-液混合驅動。1.5研究的內(nèi)容本機構是一種具有簡單動作功能的機械手。隨著網(wǎng)絡技巧的發(fā)展，機械手的聯(lián)網(wǎng)操作問題也是以后發(fā)展的方向。工業(yè)機器人是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設備。工業(yè)機械手的是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。第二章，生產(chǎn)線轉位裝置設計的設計要點介紹2.1明確技術要求本設計為機加工中棒料傳送裝置，機構將棒料夾緊，傳送至加工區(qū)域。夾緊過程如下。圖中1為活動夾板，2為固定夾板，3和4為電磁鐵。在未通電狀態(tài)，2由于重力作用，處于張開狀態(tài)，加上棒料以后，電磁鐵通電，1和2處于閉合狀態(tài)，從而夾緊棒料，當棒料到達指定位置，適當翻轉以后，斷電，可以釋放棒料。本設計中要求，轉位裝置具有兩個方向的旋轉功能，并且對旋轉行程有要求。在結構中主要考慮如下因素：1，水平旋轉的方案選擇與設計常用的旋轉機構有如下幾種：螺旋式旋轉機構,凸輪式旋轉機構,曲柄式旋轉機構鉸鏈式旋轉機構,連桿式旋轉機構,四桿機構本設計旋轉結構比較簡單，可以使用兩岸式旋轉，直接由電機帶動轉動軸旋轉。需要注意旋轉軸的強度，和電機支撐軸的強度。如圖所示，1為旋轉支架，2為旋轉軸，3為電動控制部分，4為傳感器旋轉軸與電機連接，電機轉動帶動旋轉支架旋轉，旋轉支架頭部有環(huán)形槽，槽呈90度狀態(tài)，在槽的兩端裝有傳感器，如圖4.該傳感器為接觸開關式傳感器，當旋轉支架頭部碰到傳感器時，傳感器處于觸發(fā)狀態(tài)，將電信號傳送給主，電路板，電路板控制旋轉電機停止工作，從而控制旋轉軸停止轉動，旋轉支架停止轉動。2.2執(zhí)行元件的配置確定及動作順序翻轉方案采用旋轉方式，使機構中旋轉軸旋轉90度，實現(xiàn)翻轉的功能。方案可以參考水平方向的旋轉方式。如圖所示，翻轉機構采用電機齒輪結合的方式，圖中1為齒輪1，2為齒輪2，3為定位架，4為傳感器，5為旋轉軸電機帶動齒輪旋轉，齒輪帶動旋轉軸旋轉，旋轉軸與支架之間有環(huán)形連接，支架上90度圓環(huán)的端部有定位裝置，采用兩個接觸開關，當旋轉軸上的軸端部分，碰觸到接觸開關，接觸開關將電信號傳送給電路板，電路板控制電機，停止工作，從而齒輪停止轉動，旋轉周停止轉動，避免發(fā)生碰撞。2.3確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)本機構中，需要機構有向前后伸縮的功能，結構中采用液壓鋼完成此功能，如下圖所示1為液壓缸，2為聯(lián)軸器，3為旋轉軸，4為旋轉機構液壓缸被固定在旋轉支架上，通氣工作以后，液壓缸可以，像前后伸縮途中234部分整體向前移動，也可以整體向后收縮，這樣就完成了，伸縮的功能旋轉角度限位裝置的設計如圖所示的限位裝置是采用接觸式開開關，接觸開關。2.3.1計算和確定液壓缸的主要結構尺寸電感式傳感器由三大部分組成：振蕩器、開關電路及放大輸出電路。振蕩器產(chǎn)生一個交變磁場。當金屬目標接近這一磁場，并達到感應距離時，在金屬目標內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導致振蕩衰減，以至停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級放大電路處理并轉換成開關信號，觸發(fā)驅動控制器件，從而達到非接觸式之檢測目的。2.3.2計算液壓缸所需流量電容式接近開關的感應面由兩個同軸金屬電極構成，很象“打開的”電容器電極，該兩個電極構成一個電容，串接在RC振蕩回路內(nèi)。電源接通時，RC振蕩器不振蕩，當一目標朝著電容器的電靠近時，電容器的容量增加，振蕩器開始振蕩。通過后級電路的處理，將振和振蕩兩種信號轉換成開關信號，從而起到了檢測有無物體存在的目的。該傳感器能檢測金屬物體，也能檢測非金屬物體，對金屬物體可以獲得最大的動作距離，對非金屬物體動作距離決定于材料的介電常數(shù)，材料的介電常數(shù)越大，可獲得的動作距離越大?；魻栭_關的工作原理磁式開關是接近開關，它（甚至透過非黑色金屬）響應于一個永久的磁場。作用距離大于電感接近開關。響應曲線與永久磁場的方向有關。當一個目標（永久磁鐵或外部磁場）接近時，線圈鐵芯的導磁性（線圈的電感量L是由它決定的）變小，線圈的電感量也減小，Q值增加。激勵振蕩器振蕩，并使振蕩電流增加。當一個磁性目標靠近時，磁式傳感器的電流消耗隨之增加。零部件工作強度的校核.軸I的強度校合（1）求作用在齒輪上的力（2）求軸承上的支反力垂直面內(nèi)：NN水平面內(nèi)：畫受力簡圖與彎矩圖根據(jù)第四強度理論且忽略鍵槽影響（，）載荷水平面H垂直面V支反力FNN彎矩M彎矩M總彎矩扭矩TT=138633N.mmQUOTE197179.742+0.6×1145702所以軸的強度足夠2.校合軸II的強度（1）求作用在齒輪上的力QUOTEFt3=2Td=1230.69N水平面內(nèi)：求得QUOTEFNV1162N

求得QUOTEFNV2-2670N垂直面內(nèi)：求得=5646N求得=7700N畫受力簡圖與彎矩圖(4)按彎扭合成應力校核軸的強度在兩個軸承處彎矩有最大值，所以校核這兩處的強度QUOTE<σ-1=70MPa載荷水平面H垂直面V支反力F=5646N=7700NQUOTEFNV1162NQUOTEFNV2-2670N彎矩M1彎矩M2總彎矩M1總彎矩M2扭矩TT=588023N.mm2.4.1制定液壓回路方案 1）判斷：危險面為A面與B面2）對截面III截面III左側抗彎截面系數(shù)QUOTEW=01d3=0.1×523抗扭截面系數(shù)截面A左側的彎矩M為QUOTEM=398047.2×110-71110=141125.8N?mm截面A左側的扭矩T為截面A上的彎曲應力截面A上的扭轉切應力軸的材料為40Cr，調(diào)質處理。查表15-1得QUOTEσB=640MPa,QUOTEσ-1=275MPa,QUOTEτ-1=155MPa由,QUOTEDd=6052=1.154查得ασ=查得材料的敏性系數(shù)為qσ=應力集中系數(shù)為kk查得表面質量系數(shù)β查得尺寸系數(shù)為εσ=計算得綜合系數(shù)為KK2.4.2原理草圖的繪制精確校核軸的疲勞強度取40Cr的特征系數(shù)為φσ=φτ=0.05~計算安全系數(shù)SSS2.4.1制定液壓回路方案滾動軸承一般是由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架組成(圖18-1)。通常內(nèi)圈隨軸頸轉動，外圈裝在機座或零件的軸承孔內(nèi)固定不動。內(nèi)外圈都制有滾道，當內(nèi)外圈相對旋轉時，滾動體將沿滾道滾動。保持架的作用是把滾動體沿滾道均勻地隔開，

滾動體與內(nèi)外圈的材料應具有高的硬度和接觸疲勞強度、良好的耐磨性和沖擊韌性。一般用含鉻合金鋼制造，經(jīng)熱處理后硬度可達HRC61~65，工作表面須經(jīng)磨削和拋光。保持架一般用低碳鋼板沖壓制成，高速軸承多采用有色金屬或塑料保持架。

與滑動軸承相比，滾動軸承具有摩擦阻力小，起動靈敏、效率高、潤滑簡便和易于互換等優(yōu)點，所以獲得廣泛應用。它的缺點是抗沖擊能力較差，高速時出現(xiàn)噪聲，工作壽命也不及液體摩擦的滑動軸承。由于滾動軸承已經(jīng)標準化，并由軸承廠大批生產(chǎn)，所以，使用者的任務主要是熟悉標準、正確選用。

給出了不同形狀的滾動體，按滾動體形狀滾動軸承可分為球軸承和滾子軸承。滾子又分為長圓柱滾子、短圓柱滾子、螺旋滾子、圓錐滾子、球面滾子和滾針等。在大多數(shù)實際應用中，滾動軸承能夠正確安裝，潤滑良好，軸承座或支承結構具有足夠的剛度，軸承的載荷和轉速適中。在這些條件下，可以對軸承的分析模型進行適當?shù)暮喕?，以便抓住主要矛盾，解決工程中最為關注的問題。在經(jīng)典的軸承分析中普遍采用剛性套圈假設，即假定軸承套圈是一個剛體，滾動體與滾道的接觸只會產(chǎn)生局部的接觸變形而不會改變套圈的整體形狀和尺寸，這就為套圈的位移和接觸變形分析帶來了很大的方便。其次是忽略滾動體與滾道接觸時產(chǎn)生的摩擦力（包括油膜拖動力）以及由于滾動體高速運轉而產(chǎn)生的慣性力（如離心力、陀螺力矩等）。對普通工況下的通用軸承而言，摩擦力和慣性力與滾動體的接觸載荷相比一般要小一個數(shù)量級，因此忽略它們不會對分析結果產(chǎn)生顯著影響。本書在進行軸承分析時也采用了這些假設。通用軸承的力學分析主要是求解接觸力學問題。滾動軸承中的接觸問題可以分為兩類，一類是單個滾動體與滾道的接觸問題，另一類是軸承整體的接觸問題，即確定有多少個滾動體發(fā)生了接觸以及接觸載荷的整體平衡問題。對前一個問題，早在19世紀80年代初期，Hertz就完成了點接觸（1881年）與線接觸（1882年）問題的理論解，它們分別構成了球軸承和滾子軸承分析的基礎。實際上，滾子軸承中，不論是圓錐滾子還是圓柱滾子，它們的接觸模型都不完全符合Hertz線接觸理論，因此滾子軸承分析的理論基礎在很長一段時間內(nèi)是不完備的。直到20世紀70年代以后，才提出了一些行之有效的數(shù)值計算方法，比較好地解決了有限長柱體與滾道接觸的問題。在復雜受力狀態(tài)下，滾動軸承的整體平衡問題最后歸結為求解一組非線性方程組。在20世紀60年代之前，受計算工具的限制，求解這些方程組是比較困難的。因此，人們往往要對計算方法進行簡化，例如將離散的滾動體載荷分布簡化為連續(xù)分布載荷，不考慮接觸角變化，忽略滾子端部的應力集中，不考慮力矩載荷的影響等。今天，隨著計算機的普及以及數(shù)值計算方法的進展，已經(jīng)完全能夠把這些因素考慮在內(nèi)，因而分析結果也更加符合工程實際。2.4.2原理草圖的繪制滾動軸承的額定動載荷是在一定條件下確定的。對向心軸承是指承受純徑向載荷；對推力軸承是指承受軸向載荷。如果作用在軸承上的實際載荷與上述條件不一樣，必須將實際載荷換算為和上述條件相同的載荷后，才能和額定動載荷進行比較。換算后的載荷是一種假定的載荷，稱為當量動載荷。徑向和軸向載荷分別用R和A表示。對于向心軸承，徑向當量動載荷P與實際載荷R、A的關系式為P=XR+YA （18-5）式中，X為徑向系數(shù)、Y為軸向系數(shù)，可分別按A/R>e或A/Re兩種情況，由表18-11查出。參數(shù)e反映了軸向載荷對軸承承載能力的影響，其值與軸承類型和A/C0有關，C0是軸承的徑向額定靜載荷。徑向軸承只承受徑向載荷時，其當量動載荷為P=R （18-6）推力軸承只能承受軸向載荷，因此其當量動載荷為P=A （18-7）2.5元件的選型與設計角接觸球軸承和圓錐滾子的結構特點是在滾動體和滾道接觸處存在著接觸角。當它承受徑向載荷R時，作用在承載區(qū)內(nèi)第i個滾動體上的法向力Qi可分解為徑向分力Ri和軸向分力Si。各滾動體上所受軸向分力的和即為軸承的內(nèi)部軸向力S（見圖18-6a中的S1和S2）。軸承的內(nèi)部軸向力可以按表18-12計算。圖18-6圓錐滾子軸承的受力表18-12角接觸球軸承和圓錐滾子軸承內(nèi)部軸向力軸承類型角接觸球軸承圓錐滾子軸承70000C型(=150)70000AC型(=25)70000B型(=40)內(nèi)部軸向力S0.5R0.7R1.1RR/2Y**Y是A/R>e時的軸向系數(shù)，參見表18-11。為了使軸承內(nèi)部軸向力得到平衡，通常角接觸球軸承和圓錐滾子軸承都是成對使用的。在計算軸承所受軸向力A時，除了考慮外部軸向力FA的作用外，還應將由徑向載荷R產(chǎn)生的內(nèi)部軸向力S1和S2考慮進去（見圖18-6b）。 首先按表18-12求得軸承內(nèi)部軸向力S1和S2。如圖18-6c所示，當FA+S1>S2，由于軸不能向右移動，軸承II承受的軸向力顯然是A2=FA+S1。若如圖18-6d所示，S2>FA+S1，則軸承II的軸向力是A2=S2。因此軸承II的軸向載荷必然是下列兩值中的較大者。 （18-8）用同樣的方法分析，可得軸承I的軸向力是下列兩值中的較大者 （18-9）當軸向外力與圖示方向相反時，應取負值，其他計算步驟相同。2.5.1液壓缸的選擇液壓缸的單缸最大升起的質量升降平臺的最大起升高度:

上升速度等于下降速度:

液壓平臺上升工況的最大負載液壓缸的機械效率:液壓缸的工作壓力由表3-1可知表3-1不同負載條件下的工作壓力負載F/KN<55~1010~2020~3030~50>50工作壓力p/MPa<0.8~11.5~22.5~33~44~5≥53.4.1液壓缸缸筒的設計和計算1、液壓缸內(nèi)徑D的計算由公式（；；；）解得。根據(jù)表3-2可知，圓整成標準值后，得液壓缸內(nèi)徑D=80mm。表3-2液壓缸內(nèi)徑尺寸系列mm（GB/T2348-93）810121620253240506380（90）100（110）125（140）160（180）200（220）250（280）320（360）400（450）5002、缸筒壁厚和外徑計算本設計的內(nèi)徑D為80mm,查液壓設計手冊液壓缸的外徑D1為95mm,缸壁的厚度為7.5mm。一般按正規(guī)的方法選取液壓缸壁厚都能滿足其強度，但為安全起見我們還要進行校核。由于D=80mm，外徑D1=95mm，則，可按第一強度理論，即按照薄壁圓筒的中徑公式計算，則有式中缸筒壁厚；缸筒內(nèi)徑；缸筒試驗壓力，液壓缸的額定壓力時的，額定壓力時的；材料許用應力。為材料的抗拉強度，n為安全系數(shù),,這里取。選用45號鋼，并且調(diào)質，查閱《工程力學》劉靜香著可知４５號鋼的抗拉強度，現(xiàn)取，故：由于液壓缸的工作壓力,故取所以因為7.5mm>0.8mm，故強度足夠。3.4.2活塞桿的設計與計算活塞桿是液壓缸專遞動力的主要零部件，它要承受拉力、壓力、彎力和震動沖擊等多種作用，必須有足夠的強度和剛度。1、活塞桿直徑的計算根據(jù)活塞桿受力狀況來確定，一般為受拉力作用時，d=0.3～0.5D。受壓力作用時：

P＜5MPa時，d=0.5～0.55D

5MPa＜P＜7MPa時，d=0.6～0.7DP>7MPa時，d=0.7D因為P=1.5MPa，D=0.066858mm，故d=0.036771mm根據(jù)下表可知活塞桿直徑d=40mm表3-3活塞桿直徑系列mm（GB/T2348-93）456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360400活塞桿強度校核（1）按強度條件校核由公式式中d活塞桿的直徑；F活塞桿上的作用力；活塞桿材料許用應力，，為材料的抗拉強度，為安全系數(shù)，一般取。由45號鋼的許用應力，得，而，故活塞桿強度符合要求。按彎曲穩(wěn)定性校核當活塞桿全部伸出后，活塞桿外端到液壓缸支撐點之間的距離時，應進行穩(wěn)定性校核。按材料力學理論，當一根受壓直桿的軸向載荷超過臨界受壓載荷時，即可能失去原有直線狀態(tài)的平衡，稱為失穩(wěn)，其穩(wěn)定條件為式中液壓缸的最大推力；液壓缸的臨界受壓載荷；穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取。液壓缸臨界受壓載荷與活塞桿和缸體的材料、長度、剛度以及兩端支撐狀況有關。的相關計算如下：由公式式中活塞桿的計算長度；端點安裝形式系數(shù)，兩端固定，故；E材料的彈性模量，鋼材的；J活塞桿的橫截面轉動慣量，實心桿的。而，，故，而（當取4時），故活塞桿彎曲穩(wěn)定性符合要求。2.5.3液壓輔助元件及工作介質的選擇抗彎截面系數(shù)QUOTEW=01d3=0.1×603抗扭截面系數(shù)QUOTEWT=0.2d3=0.2×截面A左側的彎矩M為QUOTEM=398047.2×110-39110=256921.4N?mm截面A左側的扭矩T為QUOTET=T2=514600N?mm截面上的彎曲應力截面上的扭轉切應力軸的材料為45鋼，調(diào)質處理。查得σB=640MPa,過盈配合處的kσεσ,查得查得表面質量系數(shù)β查得尺寸系數(shù)為εσ=計算得綜合系數(shù)為KK取40Cr的特征系數(shù)為φσ=φτ=0.05~計算安全系數(shù)Sσ=S2.6軸承的選用和計算綜合以上分析，軸強度合格軸III的強度校合（1）求作用在齒輪上的力由前面計算可知作用在齒輪四上的力的大小等于作用在齒輪三上的力，即：(2)求軸承上的支反力垂直面內(nèi)：求得QUOTEFNV1=1542N=926N水平面內(nèi)：求得QUOTEFNH2=5965.6N畫受力簡圖與彎矩圖2.7電機的選擇計算用的旋轉機構有如下幾種：螺旋式旋轉機構凸輪式旋轉機構曲柄式旋轉機構鉸鏈式旋轉機構連桿式旋轉機構四桿機構本設計旋轉結構比較簡單，可以使用兩岸式旋轉，直接由電機帶動轉動軸旋轉。需要注意旋轉軸的強度，和電機支撐軸的強度。2.8傳動部件的設計計算為限制滾動軸承在過載和沖擊載荷下產(chǎn)生的永久變形，應按靜載荷作校核計算。按靜載荷進行校核的公式如下： 或 （18-10）式中，S0為靜載荷安全系數(shù)；C為額定靜載荷；P為當量靜載荷；下標0為靜載荷；下標r為徑向載荷；下標a為軸向載荷。例18-3一機械傳動裝置，采用一對角接觸球軸承，并暫定軸承型號為7307AC。已知軸承載荷R1=1200N，R2=2050N，F(xiàn)A=880N，轉速n=5000r/min，運轉中受中等沖擊，預期壽命Lh=2000h，試問所選軸承型號是否恰當？先計算軸承1、2的軸向力A1、A2（參見圖18-6b）由表18-12可知70000AC型軸承的內(nèi)部軸向力為因為 所以 而（2）計算軸承1、2的當量動載荷由表18-11查得70000AC型軸承e=0.68，而查表18-11可得X1=0.41、Y1=0.87；X2=0.41、Y2=0.87。故徑向當量動載荷為 （3）計算所需的徑向額定動載荷C因兩端選擇同樣尺寸的軸承，而P2＞P1，故應以軸承2的徑向當量動載荷P2為計算依據(jù)。工作溫度正常，查表18-8得fT=1；按中等沖擊載荷，查表18-9得fF=1.5。（4）由機械設計手冊查得7307AC軸承的徑向額定動載荷C=32800N。因為C2＜C，故所選7307AC軸承合適。2.9軸的設計計算一、滾動軸承的組合設計為保證軸承在機器中能正常工作，除合理選擇軸承類型、尺寸外，還應正確進行軸承的組合設計，處理好軸承與其周圍零件之間的關系。也就是要解決軸承的軸向位置固定、軸承與其他零件的配合、間隙調(diào)整、裝拆和潤滑密封等一系列問題。1．軸承的固定（1）雙支點單向固定如圖18-7所示，使軸的兩個支點中每一個支點都能限制軸的單向移動，兩個支點合起來就限制了軸的雙向移動。它適用于工作溫度變化不大的短軸，考慮到軸因受熱而伸長，在軸承蓋與外圈端面之間應留出熱補償間隙（圖18-7b）。(a) (b)圖18-7雙支點單向固定（一）（2）單支點雙向固定這種變化適用于溫度變化較大的長軸，如圖18-8所示，在兩個支點中使一個支點能限制軸的雙向移動，另一個支點則可作軸向移動?？勺鬏S向移動的支承稱為游動支承，它不承受軸向載荷。圖a右軸承外圈未完全固定，可以有一定的游動量；圖b采用的圓柱滾子軸承，其滾子和軸承的外圈之間可以發(fā)生軸向游動。 (a) (b)圖18-8單支點雙向固定（一）2．軸承組合的調(diào)整（1）軸承的調(diào)整軸承的調(diào)整包括軸承間隙調(diào)整和軸承位置調(diào)整。軸承間隙的調(diào)整是通過調(diào)整墊片厚度、調(diào)整螺釘和調(diào)整套筒等方法完成的。軸承組合位置調(diào)整是使軸上的零件（如齒輪、帶輪等）具有準確的工作位置。圖18-9通過調(diào)整軸承端蓋與機座間墊片厚度實現(xiàn)軸承間隙的調(diào)整。 圖18-9調(diào)整墊片 圖18-10調(diào)整螺釘圖18-10為調(diào)整螺釘方法。利用調(diào)整螺釘對軸承外圈的壓蓋進行調(diào)整以實現(xiàn)軸承的間隙調(diào)整。調(diào)整完畢之后，用螺母鎖緊防松。圖18-11是調(diào)整套筒。整個圓錐齒輪軸系安裝在調(diào)整套筒中，然后再安裝在機座上。通過墊片1調(diào)整套筒與機座的相對位置，實現(xiàn)對錐齒輪軸軸向位置的調(diào)整。通過墊片2調(diào)整軸承的間隙。5.3電機的選擇計算伺服電機內(nèi)部的轉子是永磁鐵，驅動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅動器，驅動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較，調(diào)整轉子轉動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。

伺服電動機又稱執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉現(xiàn)象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降，

隨著集成電路、電力電子技術和交流可變速驅動技術的發(fā)展，永磁交流伺服驅動技術有了突出的發(fā)展，各國著名電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電動機和伺服驅動器系列產(chǎn)品并不斷完善和更新。交流伺服系統(tǒng)已成為當代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使原來的直流伺服面臨被淘汰的危機。90年代以后，世界各國已經(jīng)商品化了的交流伺服系統(tǒng)是采用全數(shù)字控制的正弦波電動機伺服驅動。交流伺服驅動裝置在傳動領域的發(fā)展日新月異。永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較，主要優(yōu)點有：

⑴無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護和保養(yǎng)要求低。

⑵定子繞組散熱比較方便。

⑶慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。

⑷適應于高速大力矩工作狀態(tài)。

⑸同功率下有較小的體積和重量。

整個伺服裝置市場都轉向了交流系統(tǒng)。早期的模擬系統(tǒng)在諸如零漂、抗干擾、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全滿足運動控制的要求，近年來隨著微處理器、新型數(shù)字信號處理器（DSP）的應用，出現(xiàn)了數(shù)字控制系統(tǒng)，控制部分可完全由軟件進行，分別稱為摪朧只瘮或摶旌鮮綌、撊只瘮?shù)挠来沤涣魉欧到y(tǒng)。P=9550n/t負載程度空載負載負載負載滿載功率因數(shù)70.850.89效率00.780.850.880.875由上表中可以看出，電動機的效率和功率因素是隨著負載的降低而降低的。也就是說，電動機在額定負載或接近額定負載的條件下工作，有較高的效率和功率因素，其運行時經(jīng)濟的。相反，一個額定功率極大的電動機，僅僅帶動一個負載很小的機械工作，這種“大馬拉小車”的情況是很不經(jīng)濟、不合理的。對連續(xù)運行的恒定負載，電動機的實際功率可用下列公式計算：上述計算公式的各項參數(shù)分別所指：P1：生產(chǎn)機械的功率，可以在生產(chǎn)機械的銘牌上查取，或者根據(jù)銘牌上的參數(shù)計算出來；η1：生產(chǎn)機械本身的效率；η2：電動機和生產(chǎn)機械之間傳動效率。在選擇電動機時，其銘牌上的額定功率值Pe應等于或稍微大于計算所得的實際所需功率Pe。5.4傳動部件的設計計算齒輪的計算5.4.1.工作負載時的強度校核齒輪軸I工作負載時的強度校核5.4.2工作負載時的結構及載荷圖見后。5.4.3傳動扭矩：34.33N.m（已計入效率）Z1受力：圓周力：Ft1=1142.41N(見前面齒輪計算)徑向力：Fr1=Ft1×tan250=415.8N軸向力：Fx1=Ft1×tanβ=1142.41×tan8.109625=162.8N軸向力形成的彎矩：Mx1=Fx1×d/2500=4.8N.m(d為分度圓直徑?60.1)5.4.4垂直方向受力F1y=Fr1=415.8NRby=Fr1×188.75/261.6=300NRay=Fr1-Rby=115.8N5.4.5水平方向受力F1z=Ft1=1142.41NRbz=F1z×188.75/261.6=824.3NRaz=F1z-Rbz=318.1N5.4.6垂直方向彎矩M1y=Rby×72.85/1000=21.9N.m5.4.7水平方向彎矩M1z=Rbz×72.85/1000=60N.m5.4.8Z1處的合成彎矩M1=(M1y2+M1z2)0.5=63.9N.m考慮軸向力引起的彎矩，軸的合成彎矩圖如圖示.5.4.9確定危險截面及進行強度校核：通過以上計算知，Z1處應力最大，為危險截面。強度校核：校核公式（根據(jù)表38.3-3）：σ=10×[M2+(αT)2]1/2/W≤[σ-1]由于電機帶動軸旋轉引起轉應力的脈動循環(huán)，所以取α=0.7[σ-1]=0.4[σs]=250(材質：40Cr)d=54.85mm(底徑)則σ=10×[M2+(αT)2]1/2/W=30.6MPa≤[σ-1]W=22.261該截面強度滿足要求。5.5危險截面過載時強度校核σ靜＝1.5σ＝1.5×30.6＝45.9Mpa＜[σ-1]故截面強度滿足要求。齒輪軸II的強度校核5.5.1工作負載時強度校核5.5.2齒輪軸I